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圖解氣門(mén)導(dǎo)管的作用、類(lèi)型、加工和安裝位置
發(fā)布時(shí)間:2024-01-03 00:45:21  ▏閱讀:

 

零件裝配與結(jié)構(gòu)組成

柴油機(jī)氣門(mén)導(dǎo)管的作用圖解和安裝位置

 

摘要:氣門(mén)導(dǎo)管是柴油機(jī)的重要零部件之一,他的質(zhì)量和性能直接影響著柴油發(fā)電機(jī)的工作效率和壽命。由于需要承受高溫高壓和頻繁的運(yùn)動(dòng)振動(dòng),氣門(mén)導(dǎo)管的要求十分高,傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝不能滿(mǎn)足其復(fù)雜結(jié)構(gòu)的要求。因此,粉末冶金成型成為一種高效、精密且經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)工藝方式。粉末冶金是一種以金屬粉末為原料,通過(guò)粉末的均勻混合、成型、燒結(jié)等工藝過(guò)程,制備出高精度、復(fù)雜度高、耐用性好的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)零部件。

 

一、氣門(mén)導(dǎo)管基本構(gòu)造和作用

 

1、氣門(mén)導(dǎo)管的作用

      氣門(mén)導(dǎo)管起氣門(mén)的導(dǎo)向作用,使氣門(mén)能正確地座落在氣門(mén)座上,并將氣門(mén)的熱量傳遞出去,其構(gòu)造和固定方法,如圖1所示。氣門(mén)導(dǎo)管一般制成獨(dú)立式的,然后再以少許公盈量壓入汽缸體或汽缸蓋上。氣門(mén)導(dǎo)管與氣門(mén)桿留有適當(dāng)?shù)拈g隙,間隙太大會(huì)使氣門(mén)擺動(dòng)密封不好。由于氣門(mén)與氣門(mén)導(dǎo)管間的潤(rùn)滑較為困難,所以其間隙也不能太小,否則,會(huì)增加兩者的磨損。

      氣門(mén)導(dǎo)管是汽缸蓋內(nèi)支撐氣門(mén)的孔,它相當(dāng)于一個(gè)襯套,氣門(mén)桿可以在里面滑動(dòng)。氣門(mén)導(dǎo)管是汽缸蓋的一部分,它幫助支撐和定位氣門(mén),以便氣門(mén)能夠正確地落座。氣門(mén)導(dǎo)管也有散熱的作用,燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的熱量經(jīng)過(guò)氣門(mén)后再傳遞給氣門(mén)導(dǎo)管,如圖2所示為一個(gè)氣門(mén)導(dǎo)管,并顯示了熱量是如何傳遞到氣門(mén)導(dǎo)管,再到汽缸蓋,最后傳遞給冷統(tǒng)的。

 

氣門(mén)導(dǎo)管位置圖-柴油發(fā)電機(jī)組.png

圖1  柴油機(jī)氣門(mén)導(dǎo)管位置圖

柴油機(jī)氣門(mén)導(dǎo)管作用圖.png

圖2  柴油機(jī)氣門(mén)導(dǎo)管作用圖

 

2、氣門(mén)導(dǎo)管間隙

      氣門(mén)桿與氣門(mén)導(dǎo)管之間的間隙十分重要。一般的,這個(gè)間隙在0.2~0.4mm之間。如果氣門(mén)導(dǎo)管磨損,間隙變大,可能會(huì)發(fā)生多種故障。氣門(mén)可能漏氣,導(dǎo)致空燃比發(fā)生變化;機(jī)油可能通過(guò)氣門(mén)導(dǎo)管泄漏,導(dǎo)致機(jī)油消耗增大;氣門(mén)也可能不能平穩(wěn)地落座,導(dǎo)致氣門(mén)座快速磨損。圖3所示為機(jī)油是如何通過(guò)氣門(mén)導(dǎo)管的。在圖3(a)中,進(jìn)氣門(mén)的導(dǎo)管間隙太大。因?yàn)檫M(jìn)氣門(mén)產(chǎn)生的真空度,經(jīng)過(guò)氣門(mén)導(dǎo)管的所有機(jī)油都將被吸入燃燒室中燒掉。在圖3(b)中,排氣門(mén)的導(dǎo)管間隙太大,機(jī)油將被吸到廢氣流中燒掉,然后與廢氣一起被排出。以上任何一種情況都會(huì)增大機(jī)油的消耗量,并且在廢氣中有燃燒過(guò)的機(jī)油。

3、氣門(mén)導(dǎo)管類(lèi)型

      氣門(mén)導(dǎo)管有兩種類(lèi)型:一體式和鑲?cè)胧健?/span>

(1)一體式導(dǎo)管在汽缸蓋中直接加工而成,如圖4(a)所示。

(2)鑲?cè)胧綄?dǎo)管是一些壓裝在汽缸蓋內(nèi)的小圓筒,如圖4(b)所示。

      當(dāng)氣門(mén)導(dǎo)管過(guò)度磨損時(shí),鑲?cè)胧綄?dǎo)管可以拆下來(lái),換上一個(gè)新的鑲?cè)胧綄?dǎo)管。但是,一體式導(dǎo)管不能這樣更換。

 

機(jī)油是如何通過(guò)氣門(mén)導(dǎo)管.png

圖3  當(dāng)氣門(mén)導(dǎo)管磨損時(shí),機(jī)油會(huì)穿過(guò)氣門(mén)而進(jìn)入進(jìn)氣流或排氣流

氣門(mén)導(dǎo)管類(lèi)型結(jié)構(gòu)圖.png

圖4  氣門(mén)導(dǎo)管類(lèi)型結(jié)構(gòu)圖

 

二、氣門(mén)導(dǎo)管加工工序

 

      發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)導(dǎo)管是分開(kāi)的部件,氣門(mén)分進(jìn)氣門(mén),排氣門(mén)。導(dǎo)管分進(jìn)排氣門(mén)導(dǎo)管。氣門(mén)導(dǎo)管內(nèi)、外圓柱面經(jīng)加工后壓入氣缸蓋或氣缸體的氣門(mén)導(dǎo)管孔中,然后再精加工鉸內(nèi)孔,為防止軸向轉(zhuǎn)動(dòng),設(shè)有卡環(huán)定位槽,它與定位卡環(huán)配合便可防止工作時(shí)導(dǎo)管移動(dòng)而落入氣缸中,氣門(mén)桿與氣門(mén)導(dǎo)管之間一般留有微量間隙,使氣門(mén)桿能在導(dǎo)管中自由運(yùn)動(dòng),氣門(mén)導(dǎo)管工作溫度較高,潤(rùn)滑較差,一般用含石墨較高的鑄鐵或鐵基粉末冶金制成,以提高自潤(rùn)滑性能。氣門(mén)導(dǎo)管的工藝流程比較復(fù)雜,一般包括以下幾個(gè)步驟:

1、原材料精混

      按照氣門(mén)導(dǎo)管的材料比例將各種金屬粉末混合均勻。這一步是最重要的環(huán)節(jié),對(duì)于粉末混合的均勻性和成分配比的準(zhǔn)確性有著非常高的要求。一般來(lái)說(shuō),原材料精混時(shí)需要對(duì)各種原材料進(jìn)行預(yù)處理,將其清潔、烘干。

2、壓制成型

      將經(jīng)過(guò)精混的金屬粉末放置于模具中,加入一定的壓力進(jìn)行壓制成型。在壓制成型的過(guò)程中,會(huì)根據(jù)氣門(mén)導(dǎo)管的設(shè)計(jì)要求和規(guī)格進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

表1  氣門(mén)導(dǎo)管壓制成型工序要求

 

工序
潛在失效模式
潛在失效機(jī)理
潛在失效原因
成型
裂紋
成品使用性能散失
掉落
密度差大
密度大、小
影響刀壽
粉末填充過(guò)多、小
密度檢查錯(cuò)誤

3、燒結(jié)處理

      將壓制成型的零件放置于高溫下燒結(jié),使得金屬顆粒之間發(fā)生冶金反應(yīng),形成致密的金屬結(jié)構(gòu)。這一步工藝非常重要,影響著氣門(mén)導(dǎo)管的質(zhì)量和性能。

表2  氣門(mén)導(dǎo)管燒結(jié)工序要求

 

工序
潛在失效模式
潛在失效機(jī)理
潛在失效原因
燒結(jié)
 
組織擴(kuò)散不足
使用性能下降,造成發(fā)動(dòng)機(jī)功率 下降
熱電偶異常,燒結(jié)溫度低
溫度計(jì)異常
燒結(jié)時(shí)間短
溫度設(shè)定錯(cuò)誤
硬度高
加工想能異常、氣門(mén)桿磨損
燒結(jié)溫度高
燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)
硬度低
使用性能下降
燒結(jié)溫度低
燒結(jié)時(shí)間短
強(qiáng)度低
壓裝過(guò)程易發(fā)生斷裂
成品氧化或脫碳
燒結(jié)溫度低         @取金教程〉
燒結(jié)時(shí)間短

4、后處理

      經(jīng)過(guò)燒結(jié)處理的粉末冶金氣門(mén)導(dǎo)管需要進(jìn)行后處理,例如鉆孔、車(chē)削等工藝,以達(dá)到更高的精度和質(zhì)量要求。

 

三、氣門(mén)導(dǎo)管的性能要求與常見(jiàn)問(wèn)題

 

1、氣門(mén)導(dǎo)管要求

(1)具有良好的磨損性能及抗磨損性能;

(2)具有良好的匹配性能,能滿(mǎn)足不同氣門(mén)桿部的表面處理要求(氮化,鍍鉻等)

(3)具有良好的自潤(rùn)滑性能及儲(chǔ)油性能;

(4)具有良好的機(jī)加工性能。

2、為什么會(huì)漏氣?

      孔隙是粉末冶金材料固有的特性,當(dāng)毛坯的密度為6.8g/cc時(shí),孔隙率約為12~13%之間,其中貫通孔隙占總孔隙的90~95%。由于以上孔隙的存在,針對(duì)導(dǎo)管施加一定的壓力空氣,就會(huì)產(chǎn)生漏氣的現(xiàn)象。

3、為什么要以導(dǎo)管孔為中心進(jìn)行組合加工?

      氣門(mén)座圈工作錐面對(duì)導(dǎo)管孔的跳動(dòng)大小直接影響氣門(mén)與座圈的密封質(zhì)量,進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。保證氣門(mén)座圈與氣門(mén)導(dǎo)管加工同軸度等重要位置度公差的需要,避免漏氣造成發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降,有效避免成品壓入缸蓋時(shí)產(chǎn)生的微變形等隱性缺陷。

4、為什么要考慮氣門(mén)間隙?

      氣門(mén)間隙過(guò)小,易導(dǎo)致氣門(mén)運(yùn)動(dòng)不順,出現(xiàn)卡滯,氣門(mén)與導(dǎo)管之間潤(rùn)滑不良,導(dǎo)致異常磨損氣門(mén)間隙過(guò)大,一方面會(huì)導(dǎo)致氣門(mén)桿的熱傳導(dǎo)能力下降,空氣和機(jī)油易被吸入燃燒室,引起怠速,機(jī)油耗增加,積碳嚴(yán)重另一方面,會(huì)導(dǎo)致氣門(mén)桿和導(dǎo)管的導(dǎo)向作用下降,不能保證氣門(mén)落座時(shí)與氣門(mén)座圈的同心造成漏氣,影響發(fā)動(dòng)機(jī)功率。

 

四、氣門(mén)導(dǎo)管密封件的安裝

 

      拆卸氣門(mén)導(dǎo)管之前,需要先將發(fā)動(dòng)機(jī)的電源斷開(kāi),以免發(fā)生意外。然后,需要將氣門(mén)蓋板拆下來(lái),以便更好地接近氣門(mén)導(dǎo)管。接下來(lái),需要使用扳手或者扳手套筒拆下氣門(mén)導(dǎo)管上的螺母,然后輕輕拆下氣門(mén)導(dǎo)管。康明斯柴油發(fā)電機(jī)用的氣門(mén)桿油封規(guī)格如圖5所示,三種密封件安裝方法如圖6所示。

1、帶槽的氣門(mén)導(dǎo)管密封件

      與帶槽氣門(mén)導(dǎo)管相配的密封件有兩個(gè)疊起。在 2000 年 5 月 15 日至 2002 年 2 月底生產(chǎn)的康明斯柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上,進(jìn)氣門(mén)及排氣門(mén)有獨(dú)立帶有顏色編碼的氣門(mén)導(dǎo)管密封件。進(jìn)氣門(mén)導(dǎo)管密封件帶有黃銅色的環(huán)狀螺旋彈簧并且橡膠部分有三個(gè)凸點(diǎn);排氣門(mén)導(dǎo)管密封件帶有白銀色的環(huán)狀螺旋彈簧并且沒(méi)有凸點(diǎn)。在 2002 年 3 月以后生產(chǎn)的康明斯柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上,進(jìn)氣門(mén)及排氣門(mén)導(dǎo)管只有一種氣門(mén)導(dǎo)管密封件。

      安裝方法:徒手將進(jìn)氣門(mén)導(dǎo)管和排氣門(mén)導(dǎo)管密封件卡入到氣門(mén)導(dǎo)管的槽中。

2、不帶槽的氣門(mén)導(dǎo)管密封件

(1)確保在安裝不帶槽的氣門(mén)導(dǎo)管密封件前,氣門(mén)彈簧導(dǎo)管已經(jīng)拆下。

(2)使用未經(jīng)改制的氣門(mén)密封件安裝器(康明斯零件號(hào)為3163294)安裝氣門(mén)導(dǎo)管密封件。安裝后,密封件安裝器必須與缸蓋接觸。這樣能使氣門(mén)導(dǎo)管密封件安裝正確。為避免發(fā)動(dòng)機(jī)和/或刀具損壞,不要使用維修工具安裝帶有集成氣門(mén)彈簧導(dǎo)管的氣門(mén)桿密封件。

3、帶一體式氣門(mén)彈簧導(dǎo)管的氣門(mén)桿油封

(1)帶一體式氣門(mén)彈簧導(dǎo)管的氣門(mén)桿油封需用手安裝,不要使用安裝工具。

(2)將氣門(mén)桿密封件置于氣門(mén)導(dǎo)管上方,用手將密封件推到位,直到氣門(mén)彈簧導(dǎo)管牢固地靠著氣缸蓋。

 

康明斯柴油機(jī)氣門(mén)桿油封規(guī)格.png

圖5  康明斯柴油機(jī)氣門(mén)桿油封規(guī)格

柴油機(jī)氣門(mén)桿油封裝入導(dǎo)管.png

圖6  柴油機(jī)氣門(mén)桿油封裝入導(dǎo)管

 

總結(jié):

      粉末冶金成型是一種高精度、高耐用性、高經(jīng)濟(jì)性的生產(chǎn)工藝方式,適用于制備形狀復(fù)雜、精度要求高的氣門(mén)導(dǎo)管。粉末冶金過(guò)程中只需加工曲線(xiàn)工件,不需要鈑金或鍛件加工,相比較于鍛造、鑄造等加工方式,粉末冶金工藝能夠更好地減少碳排放和能源消耗。隨著粉末冶金技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展,越來(lái)越多的機(jī)械零部件將會(huì)產(chǎn)生采用粉末冶金成型的趨勢(shì),推動(dòng)整個(gè)制造業(yè)向高效、經(jīng)濟(jì)、精密、可持續(xù)方向不斷發(fā)展。


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